厭氧條件下多環(huán)麝香在污水處理中的污染特性

王敬元，黃麗坤,2，王 薇，田 甜

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱 150076；2. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076)

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厭氧條件下多環(huán)麝香在污水處理中的污染特性

王敬元1，黃麗坤1,2，王 薇1，田 甜1

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱 150076；2. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076)

厭氧條件下對污水處理過程中的吐納麝香(AHTN)和佳樂麝香(HHCB)進(jìn)行監(jiān)測和分析，并設(shè)定不同的水力停留時(shí)間，分別測定水樣中和泥樣中兩種麝香的質(zhì)量濃度特征，同時(shí)分析不同條件下兩者的去除效率.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，4個(gè)停留時(shí)間下進(jìn)水的HHCB的質(zhì)量濃度范圍為110.95～122.75 ng/L，進(jìn)水中AHTN的質(zhì)量濃度范圍為48.29 ～63.47 ng/L，出水中HHCB質(zhì)量濃度范圍為22.53～39.16 ng/L，AHTN的質(zhì)量濃度范圍為13.34～28.43 ng/L.平均去除率分別為71.15%和61.58%.泥相兩種麝香的質(zhì)量比范圍分別在51.13～75.62 ng/g和19.96～34.75 ng/g之間.隨著水力停留時(shí)間的增加，厭氧條件下水樣中兩種麝香的去除率在逐漸降低，但是AHTN降低的幅度大，說明厭氧條件下HRT的增大對AHTN的去除作用在降低.

AHTN；HHCB；生活污水；污泥；厭氧

多環(huán)麝香是人工合成麝香的一種，人工合成麝香是天然麝香的廉價(jià)替代物[1].人工合成麝香主要包括硝基麝香(nitromusk)，大環(huán)麝香(macrocychcmusk)，多環(huán)麝香(Polycychcmus)[2].多環(huán)麝香20世紀(jì)50年代才開始合成使用，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會(huì)不斷進(jìn)步，多環(huán)麝香正逐步取代硝基麝香[3].

多環(huán)麝香以其優(yōu)雅的芳香氣味在日常生活中被廣泛使用[4].在生產(chǎn)和使用過程中會(huì)經(jīng)過污水處理系統(tǒng)而進(jìn)入環(huán)境中[5].多環(huán)麝香具有較強(qiáng)的親脂憎水性，環(huán)境持久性，和生物積累性，在環(huán)境中難降解，易生物富集，并在較高的質(zhì)量濃度水平下呈現(xiàn)出一定的雌激素活性[6].已有的多環(huán)麝香環(huán)境污染的研究，主要集中在分布特征、污染程度、生態(tài)毒理和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等研究領(lǐng)，目前環(huán)境中多環(huán)麝香的分步規(guī)律和遷移轉(zhuǎn)化是國內(nèi)多環(huán)麝香研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[7-9].

多環(huán)麝香占據(jù)了合成麝香市場70%的使用量[10]，其中佳樂麝香(AHTN)和吐納麝香(HHCB)是兩種最有代表性并被廣泛使用的多環(huán)麝香[11].本研究通過設(shè)計(jì)厭氧反應(yīng)器工藝，對多環(huán)麝香的質(zhì)量濃度進(jìn)行分析，有助于制定有效的污染控制措施，提高人們對麝香類物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，減少其對環(huán)境的危害.實(shí)驗(yàn)主要對生活污水處理過程中多環(huán)麝香的質(zhì)量濃度和分布進(jìn)行研究，分析吐納麝香和佳樂麝香在水相和及泥相中的分布.同時(shí)研究厭氧條件下厭氧反應(yīng)器中不同水力停留時(shí)間兩種物質(zhì)在水樣中的去除率.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在哈爾濱某污水處理廠采集厭氧階段的污泥樣品，在哈爾濱工業(yè)大學(xué)二校區(qū)家屬區(qū)采集生活污水樣品.污水樣品：采集的生活污水，置于反應(yīng)器中進(jìn)行馴化.污泥樣品：采集污水處理廠厭氧段的污泥，取樣后接種到厭氧水解反應(yīng)器中污泥先靜置一個(gè)月，使其進(jìn)入到消化階段.接種后加入生活污水，采用間歇運(yùn)行的方式進(jìn)行，逐步縮短時(shí)間.

1.2 樣品處理與分析

吐納麝香(AHTN)和佳樂麝香(HHCB)的測定用氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC/MS)進(jìn)行定性與定量分析[12-14].具體分析處理方法如下：

污水樣品：采用液液萃取的預(yù)處理方法提取水樣中的多環(huán)麝香.用采樣筒采取生活污水，用真空泵經(jīng)過的玻璃纖維濾膜進(jìn)行抽濾，過濾后的水樣置于分液漏斗中將所得溶液置于聚四氟乙烯分離純化柱中進(jìn)行分離純化.

污泥樣品：泥樣稱重后放入索氏提取器中，用體積1∶1的丙酮/正己烷混合液提取18 h時(shí).將所得的溶液經(jīng)過聚四氟乙烯柱進(jìn)行分離純化，用體積比1∶1的二氯甲烷正己烷混合溶液進(jìn)行洗脫，收集流出液.

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

厭氧反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，為圓柱體，反應(yīng)器直徑D=15 cm，有效高度67 cm，有效容積為11.8 L.將反應(yīng)器置于20 ～25 ℃的恒溫室內(nèi)，進(jìn)水方式為連續(xù)進(jìn)水，間歇式出水.通過此反應(yīng)器研究不同水力停留時(shí)間下生活污水中吐納麝香和佳樂麝香的質(zhì)量濃度分布情況.

2 結(jié)果與討論

2.1 原水水質(zhì)分析

污水樣品為哈工大二校區(qū)家屬區(qū)的生活污水樣品，其水質(zhì)分析結(jié)果見表1.從表1可以看出，COD的質(zhì)量濃度范圍在260～440 mg/L，分析后將污水置于厭氧反應(yīng)器中進(jìn)行馴化.

表1 生活污水水質(zhì)

COD/(mg·L-1)SS/(mg·L-1)NH4+—N/(mg·L-1)TP/(mg·L-1)pHθ/℃260～440150～24040～603．5～66．4～7．610～18

2.2 厭氧條件下COD去除效果

改變厭氧反應(yīng)器的水力停留時(shí)間，隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，不同停留時(shí)間下的COD質(zhì)量濃度及去除率如表2.

表2 COD的進(jìn)出水質(zhì)量濃度及去除率

HRT/h進(jìn)水/(mg·L-1)出水/(mg·L-1)去除率/%430711363．1563149270．9582937474．56103497079．08

厭氧條件下，隨著水力停留時(shí)間的變大，COD的去除率在逐漸增長，可以看出隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，厭氧條件下停留時(shí)間對COD的去除率呈現(xiàn)正相關(guān).

2.3 厭氧條件下水相中多環(huán)麝香去除效果

實(shí)驗(yàn)研究了生活污水排水中多環(huán)麝香的質(zhì)量濃度水平和現(xiàn)階段的污水處理工藝對生活污水中多環(huán)麝香的去除效果，通過設(shè)計(jì)厭氧反應(yīng)器，研究生活污水和污泥經(jīng)過厭氧器后多環(huán)麝香的去除效果，以及進(jìn)水前多環(huán)麝香的質(zhì)量濃度，及厭氧出水后多環(huán)麝香的質(zhì)量濃度.為了研究生活污水中多環(huán)麝香的分布情況，反應(yīng)器里的水樣進(jìn)行處理和分析，通過改變不同水力停留時(shí)間，取樣進(jìn)行測定，將測定值作為研究的結(jié)果.以及不同水力停留時(shí)間下兩種麝香質(zhì)量濃度的平均值和去除效率見表3.

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，其中厭氧條件下4個(gè)停留時(shí)間進(jìn)水的HHCB的質(zhì)量濃度范圍為110.95～122.75 ng/L，進(jìn)水中AHTN的質(zhì)量濃度范圍為48.29～63.47 ng/L，出水中HHCB質(zhì)量濃度范圍為22.53～39.16 ng/L，AHTN的質(zhì)量濃度范圍為13.34～28.43 ng/L.HHCB和AHTN的進(jìn)水質(zhì)量濃度平均分別為111.49 ng/L和52.54 ng/L，出水質(zhì)量濃度平均分別為32.17 ng/L和20.24 ng/L.從不同時(shí)間兩種麝香的進(jìn)水到出水樣品中佳樂麝香(HHCB)和吐納麝香(AHTN)的質(zhì)量濃度的變化可以看出，水樣中隨著水力停留時(shí)間的增加，厭氧條件下佳樂麝香(HHCB)的去除率分別為73.10%、71.16%、70.89%、68.99%，吐納麝香(AHTN)的去除率分別為69.88%、63.78%、58.93%、53.44%，兩種多環(huán)麝香去除平均率為71.15%(HHCB)，61.58%(AHTN)，其中佳樂麝香(HHCB)在HRT=4 h時(shí)有最高去除率73.15%，而同時(shí)吐納麝香(AHTN)在HRT=4 h時(shí)也有最高的去處率69.88%.表明厭氧膜反應(yīng)器在厭氧處理生活污水當(dāng)中的多環(huán)麝香污染物與時(shí)間有一定的關(guān)系，當(dāng)停留時(shí)間HRT=4 h時(shí)有較高的去除率.

表3 HRT兩種麝香的去除效果

HRT10h8h6h4h平均進(jìn)水HHCB/(ng·L-1)110．95103．54120．74110．71111．49AHTN/(ng·L-1)55．2849．1355．7250．0152．54HHCB出水/(ng·L-1)34．4230．2334．3229．7132．17去除率/(ng·L-1)68．9970．8971．6173．1571．15AHTN出水/(ng·L-1)25．4920．1920．215．0920．24去除率/(ng·L-1)53．7458．9363．7869．8861．58

2.4 厭氧條件下泥相中多環(huán)麝香去除效果

不同水力停留時(shí)間下泥相中佳樂麝香(HHCB)和吐納麝香(AHTN)的質(zhì)量比分布見得出不同水力停留時(shí)間兩種麝香的平均值見表4.

表4 泥樣中兩種麝香的質(zhì)量比(ng/g)

HRT4h6h8h10h平均HHCB54．6357．0764．4671．6861．96AHTN21．7224．2524．8930．9725．46

根據(jù)表4所示，污泥樣品中的多環(huán)麝香在4個(gè)停留時(shí)間下佳樂麝香(HHCB)的質(zhì)量比范圍在54.63～71.68 ng/g之間，吐納麝香(AHTN)的質(zhì)量比范圍在21.72～30.97 ng/g之間，隨著停留時(shí)間的增加兩種麝香的平均質(zhì)量比也增加，在4個(gè)停留時(shí)間內(nèi)兩種麝香的平均質(zhì)量比分別為HHCB：61.96 ng/g，AHTN：25.46 ng/g.說明污泥吸附是一個(gè)快速的過程，達(dá)到平衡以后質(zhì)量比波動(dòng)幅度不大.

3 結(jié) 語

在不同水力停留時(shí)間下的生活污水中，HHCB比AHTN的質(zhì)量比大，且分布的變化情況大體一致.HHCB和ATTN在厭氧條件下COD的去除效率隨著水力停留時(shí)間的增加而加大.厭氧條件下HHCB去除效率高于AHTN，可以得出厭氧條件下對HHCB的去除效果比對AHTN的好，同時(shí)，HRT的增大對HHCB的去除率變化不是太明顯，而AHTN的變化明顯，這可能與AHTN對污泥的吸附能力有關(guān).

泥樣中兩種麝香的含量不同停留時(shí)間每個(gè)時(shí)段兩種物質(zhì)的質(zhì)量比變化趨勢大致相同，當(dāng)達(dá)到一定富集時(shí)間質(zhì)量比就會(huì)趨于穩(wěn)定.可以看出HHCB和AHTN在泥相中，隨著停留時(shí)間的增加麝香的質(zhì)量比逐漸增加，HHCB總是高于AHTN的質(zhì)量比，說明HHCB更容易聚集在泥相中，但是泥樣中的變化沒有水樣中大，說明水體中多環(huán)麝香更容易受外界環(huán)境的影響，水樣中的多環(huán)麝香可能一部分被泥吸附了，泥樣中多環(huán)麝香是長期積累的結(jié)果.

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Study on pollution characteristics of polycyclic musks in sewage treatment under anaerobic conditions

WANG Jing-yuan1,HUANG Li-kun1,2, WANG Wei1, TIAN Tian1

(1. Center of Research and Development on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China; 2. School of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

Under the anaerobic conditions of sewage treatment, the AHTN and HHCB were monitored and analyzed. The concentration characteristics of samples were analyzed in water and mud with different hydraulic retention times. The removal efficiency was calculated under different conditions. Experimental results showed that the influent concentration of HHCB ranged from 110.95 ng/L to 122.75 ng/L and the influent concentration of AHTN ranged from 48.29 ng/L to 63.47 ng/L. The effluent concentration of HHCB ranged from 22.53 ng/L to 39.16 ng/L and the effluent concentration of AHTN ranged from 13.34 ng/L to 28.43 ng/L. The average removal rates of HHCB and AHTN were 71.15% and 61.58% respectively. Two musk concentrations in mud phase were 51.13～75.62 ng/g and 19.96～34.75 ng/g. With the increase of hydraulic retention time, the removal rate of two musks in water gradually reduced, but the magnitude of AHTN reduction was greater which showed the removal effect of AHTN on HRT was decreased under anaerobic conditions.

AHTN; HHCB; sewage; sludge; anaerobic

2016-07-06.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51408168)

王敬元(1993-)，男，碩士，研究方向：環(huán)境污染控制.

X703

A

1672-0946(2017)03-0284-04